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1、第十章 地震场地的勘察与 评价10.1 基本概念及研究意义接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。按 其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、地下接爆炸也可诱发地震。n 构造地震是现代地壳运动所产生的一种突发事件，是地球上分 布最广、数量最多、危害最为严重的地震，世界上90以上的地震 和所有的强烈地震均属构造地震。n地球的构造运动可使地壳中积聚构造应力，当构造应力增大并超过 介质（岩土体）强度时，往往表现为活断层的突然错动，释放出应 变能，并以弹性波的形式在地壳表层传播而发生地震。n地震灾害的后果往往比较严重，一次强烈地震顷刻之间可在较大地
2、 域内造成重大人身伤亡和经济损失。n震源：地球深处因岩石破裂引起地壳振动的发源地。n震中：震源在地面的投影。n震源深度：震中至震源的距离。n按震源深度将地震分为：n浅源地震（0-70km）n中源地震（70-300km）n深源地震（300-700km）n我国地处两大地震带，是地震多发国家。世界范围的地震带主要为： 一、环太平洋带 集中了全世界的绝大部分地震 二、地中海喜马拉雅地震带 以浅源地震为主 三、大洋海岭地震带 以浅源地震为主，震级也不大 上述三大地震带均处于板块构造的边缘。地震波n地震波：地震时从震源释放的能量以弹性波形式向四周传播， 从而引起震动。这种弹性波称为地震波。n地震波分两种类
3、型：体波和面波。n体波：能量可以在整个介质内传播的波。分为纵波和横波。n (1)纵波：波动时物质粒子的震动方向与波的传播方向一致 。这种波是通过介质的体积变化而实现传播，故又称压缩波或 疏密波。n 在固、液、气体中均可传播，是速度最快的一种地震波，最 先到达地面，故又称P（Primary）波。n 纵波的振幅小，周期短，传播速度快。结果是引起地面的上 下颠簸跳动。(2)横波：波动时质点的振动方向与波的传播方向垂直。波的传播时通过介质的形态变化而实现的。介质表现为一系列交替的横向 运动，所以又称剪切波。横波只能在固体中传播，是第二个到达地面的波，故又称S波（Secondary）。横波的振幅大，周期
4、长，传播速度较小。结果是引起地面水平晃动。面波：是体波到达地表面时激发的次生波，限于地面运动，向 地面以下迅速消失。面波有两种，一种是瑞利波，在地面滚动前进，质点在平行于 波传播方向的垂直平面内作椭圆运动，长轴垂直地面；另一种是勒 夫波，在地面作蛇形运动，质点在水平面内垂直于波传播方向作水 平振动。面波的振幅大，周期长，速度慢，对地面建筑物破坏性最大。n地震震级和烈度 地震震级是表示地震本身大小的尺度，是由地震所释放出来的能 量大小所决定的。释放出的能量愈大则震级愈大，因为一次地 震释放的能量是固定的，所以无论在任何地方测定只有一个震 级。 地震烈度是地震对地面所造成的破坏或影响的程度。 地震
5、烈度分为基本烈度、场地烈度和设防烈度三种。 基本烈度:是指在今后一定时间（一般年）和一定地区范 围内一般场地条件下可能遭遇到的最大烈度。 场地烈度:至今没有明确的定义，一般的理解为根据建设场地具 体的工程地质条件而对基本烈度的调整或修正。 抗震设防烈度（seismic fortification intensity）:是按国 家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 。日本9.0级特大地震2011年3月11日，日本气象厅表示，日本于当地时间11日14时46分发生里氏8.9级地震，震中位于宫城县以东太平洋海域，震源深度 20公里。东京有强烈震感。美国地质勘探局将日本当天发生的地震 震级
6、从里氏8.9级修正为里氏8.8级。北京小部分区域有震感，对中 国大陆不会有明显影响。不过，此次地震可能引发的海啸将影响太 平洋大部分地区。北京时间3月13日，日本气象厅再次将震级修改为 9.0级。这次强震使日本本州岛向东移动大约3.6米，地轴移动25厘 米，使地球自转加快1.6微秒。由于这次地震缘于板块间垂直运动而 非水平运动，因此触发海啸，对日本一些海岸造成严重破坏，给整 个太平洋沿岸带来威胁。地震产生的海啸最大高度可达到20多米。 截止到4月5日已经造成12468人遇难，仍有15091人下落不明。 n10.2 场地地震效应与地震反应谱 n一、地震破坏效应 n（一）场地和地基的破坏效应n场地
7、和地基的破坏作用一般是指造成建筑物和构筑物破坏的直接 原因是由于场地和地基稳定性引起的，也就是说地震时，首先是 场地和地基破坏，从而产生建筑物和构筑物破损并引起其他灾害 。n（1）地面破坏效应:破坏性地震如果震源较浅，断层错动可以直 达地表造成地表错断，对建于其上的房屋、大坝、道路、管线等 造成直接破坏。n（2）地基失效：如果建筑物地基强度很低或地震动加速度很大， 就会导致地基承载力的下降、丧失以至变位、移动，由此造成的 建筑物破坏即属地基失效造成的破坏。n（3）斜坡破坏效应n 斜坡破坏效应包括地震诱发的滑坡、崩塌和泥石流。萨尔瓦多地震引发泥石流1200多人遇难 （二）场地的地震动作用场地的地
8、震动作用是指由于地面强烈运动引起地面设施振动而 产生的破坏作用。强烈地震引起的结构破坏和倒塌是造成大量生命财产损失的最 普遍和最主要的原因。根据国内外破坏性地震的调查资料估计，至 少95以上的人员伤亡和建筑物破坏是直接由于地面震动造成的。 此外，强烈的地面震动也是其他地震破坏作用如地基失效、滑坡等 的外部条件。减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理地进行抗震和减震 设计，以及采取抗震和减震措施。为此，需要确定工程场地的设计 地震动参数。为了有效地减轻两种地震破坏作用，采取场地选择和地基处理 来减轻场地破坏效应作用的震害，对于地震动作用则通过场地分类 来调整设计反应谱的途径加以区分。汶川映秀镇二
9、、 设计反应谱 1建筑抗震设计规范设计反应谱的确定方法按以下步骤进行：(1) 场地分类场地主要以场地覆盖层厚度和土层等效剪切波速分为I， ，四类 (2) 确定设防烈度和设计地震分组 设计地震分组是在中国地震动反应谱特征周期区划图B1基础 上略做的调整。 一般情况下，设防烈度、设计地震分组可按GB500112001规范 附录A采用确定。建筑的场地类别,应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按 下表划分为四类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处 于表中所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定 地震作用计算所用的设计特征周期。等效剪切波速 (m/s)场地类别 se5000 500se25
10、014050 se140158080各类建筑场地的覆盖层厚度(m)土的类型岩土名称和性状土层剪切波 速范围(m/s)坚硬土或 岩石稳定岩石，密实的碎石土s500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗 、中砂，fak200kPa的粘性土和粉土，坚硬 黄土500s25 0中软土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂 ，fak200kPa的粘性土和粉土，fak130 kPa 的填土可塑黄土250s14 0软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘 性土和粉土，fak 130kPa 的填土，流塑黄s140土的类型划分和剪切波速范围式中 土层等效剪切波速(m/s)；d0计算深度(m)，取覆盖层厚
11、度和20m二者的较小值；t剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；di计算深度范围内第i土层的厚度(m)；计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/s)；n计算深度范围内土层的分层数。建筑场地覆盖层厚度的确定应符合下列要求：1 一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定。2 当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土 层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时,可按地面至该土层顶 面的距离确定。3 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。4 土层中的火山岩硬夹层应视为刚体其厚度，应从覆盖土层中扣除 。(3) 确定设计反应谱或地震影响系数
12、建筑结构的地震影响系数应根据地震烈度、场地类别、设计 地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。 地震影响6度7度8度9度多遇地震0.040.08（ 0.12）0.16（ 0.24）0.32罕遇地震0.50（ 0.72）0.90（ 1.20）1.40水平地震影响系数最大值 注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g 和0.30g 的地区。 计算89度罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05 。 1）直线上升段，周期小于0.1s的区段。 2）水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值 。 3）曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减指
13、数应取0.90 。 4）直线下降段，自5倍特征周期至6s区段，下降斜率调整系数应取 0.02。 当建筑结构的阻尼比按有关规定不等于0.05时，地震影响系数曲 线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定： 1)曲线下降段的衰减指数应按下式确定： 式中 曲线下降段的衰减指数 2)直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定： 式中 直线下降段的下降斜率调整系数小于0时取0。 3)阻尼调整系数应按下式确定： 式中 阻尼调整系数当小于0.55时，应取0.55。 n 10.3 地震液化评价n n10.3.1 10.3.1 地震砂土液化机理地震砂土液化机理饱和松砂在地震动作用下，由于砂土渗透性能较差，骤然上饱和
14、松砂在地震动作用下，由于砂土渗透性能较差，骤然上 升的孔隙水压力来不及消散，就使原先通过砂颗粒接触点所传递升的孔隙水压力来不及消散，就使原先通过砂颗粒接触点所传递 的压力（称为有效应力）减小，当有效应力全部消失时，砂土就的压力（称为有效应力）减小，当有效应力全部消失时，砂土就 达到了液化状态，丧失了抗剪强度。达到了液化状态，丧失了抗剪强度。 已知饱水砂体的抗剪强度已知饱水砂体的抗剪强度由下式确定：由下式确定： （-u)tg-u)tg= = tgtg 式中：式中：u u为孔隙水压；为孔隙水压； 为有效应力。为有效应力。松砂、饱和、振动是发生液化的三大基本条件。 影响砂土液化的主要因素有： a.
15、砂土的粒度成分； b. 砂的密度； c. 砂层的有效覆盖压力； d. 地震振动的强度和持续时间。n10.3.2 砂土地震液化的判别n饱和砂土和饱和粉土(不含黄土)的液化判别和地基处理，6度时 ，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类 建筑可按7度的要求进行判别和处理，79度时乙类建筑可按本 地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。存在饱和砂土和饱 和粉土(不含黄土)的地基，除6 度设防外，应进行液化判别； 存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液 化等级，结合具体情况采取相应的措施。 虹口乡地区地震砂土液化造成房屋塌陷n饱和的砂土或粉土(不含黄土)， 当符合下列条件之
16、一时，可初 步判别为不液化或可不考虑液化影响：1、地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时，7、8度时 可判为不液化。2、粉土的粘粒(粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率，7度8 度和9度分别不小于10、13、和16时，可判为不液化土。3、天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深 度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响： 式中 dw地下水位深度(m)，宜按设计基准期内年平均最高水位 采用，也可按近期内年最高水位采用；du上覆盖非液化土层厚度(m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；db基础埋置深度(m)，不超过2m，时应采用2m；do液化土特征深度(m)，可按下表 采用。 饱和土类别7度8度9度 粉土678 砂土789液化土特征深度(m)设计地震分组7度8度9度 第一组6(8)10(13)16 第二
